[发明专利]水下悬浮式桥墩

说明书

一、技术领域

“水下悬浮式桥墩”可应用于海上桥梁建设领域。

二、背景技术

在建设海上桥梁过程中，如果浅海中出现一段较深海域难以建造固定式桥墩，又因跨度太大无法用其他方法架桥，这就会导致整座大桥因此无法设计建造。

“水下悬浮式桥墩”就是针对海上桥梁设计建造时遇到难以建造固定式桥墩的一些较深海域而设计发明的一种新型桥墩。

三、发明内容

1、“水下悬浮式桥墩”的组成部分

如附图所示：①横梁；②墩柱；③墩体；④垂直拉索；⑤斜拉锚索。

2、水下海底固定物

水下海底固定物有垂直拉索坠物和斜拉锚索坠物，均可采用大型钢筋混凝土预制件。

3、公式及式中符号含义

F＝W-Q

F≥3P

N≥2.5F

F：承载浮力

W：排水浮力

Q：桥墩自重

P：桥墩最大载荷

N：垂直拉索坠物总重

4、原理说明

如附图所示。将空心的墩体上盖置于最低水位海面2米以下，使墩体长期悬浮在水中，不会露出水面。因受涨潮和落潮海面上下起伏的影响，只有墩柱部分水位发生变化，那么墩柱水下部分产生的浮力也会随之发生变化，但是这种变化对于整个桥墩所产生的排水浮力就显得微不足道了，这是因为墩柱水下部分变化的体积与整个桥墩水下部分的体积相比显得太微小了。这样，桥墩的排水浮力基本上可以看作是一个定值。

桥墩的排水浮力(W)减去桥墩的自重(Q)就是桥墩的承载浮力(F)，设计的桥墩承载浮力(F)至少是桥墩最大载荷(P)的三倍；用总重(N)至少是2.5倍承载浮力(F)的坠物通过垂直拉索将桥墩向下稳稳地拉住，再按设计要求用多个足够重的坠物通过斜拉锚索将墩体的上盖和下底朝周围斜下方向稳稳地拉住，致使整个桥墩在水中不会上下左右窜动，稳固在一个位置上。

从附图可以看出，由于墩体有一定的高度，通过斜拉锚索拉紧后产生的力矩，使整个桥墩上下不会晃动。因此可知，只要在设计时考虑到该海域的水文参数、气象资料、海底地形以及地质结构、该桥墩的最大载荷、桥身离海面的高度等诸多因素，将这个力矩设计得科学合理，无论是潮流、海啸，还是台风、暴雨，都能保正整个桥墩以及该桥墩所承载桥梁部分的稳定性。

5、优点

①虽然“水下悬浮式桥墩”设计建造难度较大，但是可以突破技术瓶颈，在难以建造固定式桥墩，又因跨度太大无法用其他方法架桥的较深一些海域，建造“水下悬浮式桥墩”，从而使整座大桥的设计建造得以实施。

②虽然建造“水下悬浮式桥墩”成本较高，但是与整座大桥的设计建造成本相比却很小，从这个意义上来讲肯定是合算的。

四、附图说明

说明书附图既可以直观地展示“水下悬浮式桥墩”的各个组成部分，又能够用于原理说明。

五、具体实施方式

1、“水下悬浮式桥墩”的设计

“水下悬浮式桥墩”的设计是关键的一步，其成功与否关系到整个桥墩，乃至影响整座大桥的建造成败。因此，在设计时一定要充分考虑该海域的水文参数、气象资料、海底地形以及地质结构、该桥墩的最大载荷、桥身离海面的高度等诸多因素，将每一个组成部分、每一个制造过程都要设计得科学合理。

在以上提到的诸多因素中，其中有两个最关键的因素。一个是水深，另一个是海底的地形。如果水深超过一定限度，就无法设计建造；同样，如果海底的地形过于复杂，致使垂直拉索坠物和斜拉锚索坠物在海底无法固定，也就不能够设计建造。

2、墩体的设计与制作

从说明书附图上可以看出墩体大致由上方的圆柱体和下方的圆锥体组成，建造时也可以分两部分进行，最好是采用密闭隔仓式；制作每个部分时可以整体建造，也可以分块建造，然后组合。最后，再将上下两部分整体组装。

当然，说明书附图上的形状仅作参考，设计时还可以采用更合理的形状；同样，上面提到制作方法也是仅作参考，建造时还可以采用更好的制作方法。

3、水下海底坠物的固定

放水下海底坠物的海底地形以及地质结构有时是比较理想的，有利于海底坠物的固定；但也经常会是不理想的，不便于海底坠物的固定。这时，就要采取海底水下爆破、水下填埋等方法进行固定。

4、“水下悬浮式桥墩”的整体设计方案确定以后，可以先在计算机上模拟，然后进行一些必要的实物模型实验，以便取得一部分正确的数据参数对整体设计方案进行修改。

5、整体设计方案完善后，再进入到真正的实施建造阶段。